【正文】 400 備注：表 中原料氣組成 一：Y H2＝；Y CO＝ 二：Y H2＝；Y CO＝ 三：Y H2 ；Y CO ；Y M 0；Y N2 ；Y 成 YCO2 ；Y H2O 由表 、表 所列數(shù)據可見，增高壓力，降低溫度，平衡常數(shù) KP1和 KP2都增大，即有利益平衡。運用 SHBWR 狀態(tài)方程，可以計算出不同溫度下的 Kt 值如表 所示；可以計算出 CO 和 CO2同時參加反應時對一定原料氣組成不同 T、P 條件下平衡組成和平衡常數(shù)值見表 所示。國內在甲醇工業(yè)設計中，往往僅從實現(xiàn)單塔催化劑床層的最佳溫度分布來考慮，因此設計受設備內件結構、催化劑耐熱溫度、設備換熱面積、操作條件、反應氣組北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）5分等各種因素的影響而無法實現(xiàn)；如果從整個系統(tǒng)的工藝設計進行考慮，則可以將甲醇合成分成兩段，第一段我們則利用較高的溫度條件進行初步的反應，在這里以高的反應速率使該段中的氣體快速的反應生成甲醇，反應后的氣體則進入第二段繼續(xù)反應；在第二段則可以利用較低溫度有利于生成甲醇、反應平衡中甲醇濃度含量高的原理，通過設備內催化劑床層溫度的逐漸降低來提高出口反應氣體中的最終甲醇濃度，使反應氣體盡可能的向生成甲醇的方向移動，從而提高氣體在催化劑床層中的單程轉化率；兩段法工藝可以設計不同的操作條件和工藝，也可以根據各段的特點選用不同的催化劑，這樣就可以更好的使生產工藝條件更好的符合最佳溫度曲線的分布。當然實際工業(yè)生產中的最佳溫度分布受催化劑床層內件的結構、催化劑的活性和耐熱溫度、氣體組成、傳熱面積大小設計等都會導致最佳溫度曲線的變化，但是我們完全可以在具體的情況下，利用此原理，制定更為合適的工藝條件。生成甲醇的總速率為 CO 和 CO2兩個反應速率之和，所以一定組成條件下，兩個反應速率之和最大時的溫度，才是該反應系統(tǒng)的最佳溫度。對于銅基催化劑來說，高壓、高反應物濃度情況下，一般最佳溫度常超過耐熱溫度，而對于低壓、低反應物濃度設法在最佳溫度下操作，才具有實際意義。表 列出了一定組成時，三種條件下的最佳反應溫度與平衡溫度。反應器操作時，如果沿著最佳溫度線進行，則反應速率最高可實現(xiàn)最大產量，但溫度不能超過催化劑耐熱允許溫度，對于銅基催化劑一般不超過 300℃。與圖 中的虛線對應即為圖 中的最佳溫度曲線。圖 C207 催化劑上由 CO 合成甲醇的反應速率圖 表示 C207 銅基催化劑在 12MPa 下，反應速率與溫度的關系，YH2＝，Y CO＝，Y CO2＝，Y CH4=；由圖可見，當甲醇含量較低時，由于平衡的影響相對較小，最佳反應溫度就高，隨著反應的進行，甲醇含量升高，平衡的影響增大，最佳溫度就低。當反應混合物組成一定而改變溫度時，反應速率受著這兩種相互矛盾的因素影響，在較低的溫度范圍內，由于平衡常數(shù)的數(shù)值較大，反應速率隨溫度的增大而增大，但隨著溫度的逐漸增加，平衡常數(shù)將逐漸降低，當增大到某一數(shù)值時，反應速率隨溫度的增加量將變?yōu)榱?，此時反應速率最大，再繼續(xù)增大溫度，則反應速度隨溫度的增加而降低。相關影響因素的的論述請參閱有關書籍。因此，為了達到合成甲醇的目的，必須選擇性能良好的催化劑，嚴格控制反應條件，以提高主反應的生成速率，并抑制副反應的發(fā)生。主要副反應如下：CO+H2←→HCHOCO2+H2←→CO+H 2O2CH3OH←→CH 3OCH3+H2O2CO+4H2←→C 2H5OH+H2O 等由 CO 、CO H 2合成甲醇的反應是強放熱的體積縮小的反應，而副反應放熱更強。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）2第 1 章 年產 168 萬噸甲醇合成工藝原理第 節(jié) 甲醇合成基本原理在甲醇合成工藝中，甲醇由氫氣、一氧化碳和二氧化碳在具有高選擇性多相銅基催化劑存在條件下反應生成。但這些改進都是很小的、不規(guī)范的、沒有經過詳細設計和完善理論來支持的嘗試，更沒有與之適應的設備方面的技術改進相配合，因此效果可想而知，其嘗試的數(shù)據和經驗以及理論基礎都很不完善，因此有必要從理論基礎上，從設備的基本設計上對兩段法串級甲醇合成工藝做一個詳細的探討，以供我們在開發(fā)該工藝方面借鑒和參考。從技術角度來看后兩個項目其單系列甲醇產能都不大，僅大唐的甲醇項目為單系列的超大型甲醇生產裝置，采用的是德國魯奇（Lurgi）公司開發(fā)的兩段法串級甲醇合成工藝，生產工藝和設備都處于較為先進的水平。近幾年，大型甲醇裝置也開始在國內陸續(xù)興建。到目前為止，全球產能達 5000t/d 的甲醇裝置共有5 套，伊朗有 3 套，采用的是 Lurgi 技術，阿曼、特立尼達各一套，采用 ICI 技術，另外尼日利亞還有一套 7500t/d 的裝置正在建設，采用的是 TOPSOE 技術。因此引進或借鑒國外的先進甲醇生產技術，建設或開發(fā)我國大型的甲醇生產技術是當前工作的重點。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）I年產 168 萬噸甲醇工藝及技術改進畢業(yè)論文目 錄摘 要 .....................................................................................................I前 言 ..........................................................................................VI第 1 章 年產 168 萬噸甲醇合成工藝原理 ..............................................2第 節(jié) 甲醇合成基本原理 ......................................................................2第 節(jié) 最佳反應溫度 ............................................................................2第 節(jié) 甲醇合成反應的平衡 ...................................................................5第 2 章 兩段法串級甲醇合成工藝流程 ..................................................8第 節(jié) 傳統(tǒng)甲醇合成工藝流程概述 ..........................................................8第 3 章 甲醇合成設備 .........................................................................16第 節(jié) 甲醇合成設備概述 ....................................................................16第 節(jié) 大型甲醇塔的可選形式及工藝特點 ...............................................17第 4 章 甲醇合成催化劑 .....................................................................26第 節(jié) 概述 .......................................................................................26第 節(jié) C797GL 催化劑說明 ..................................................................26第 5 章 甲醇精餾工藝 .........................................................................31第 節(jié) 魯奇年產 168 萬噸甲醇精餾工藝流程 ...........................................31第 節(jié) 魯奇年產 168 萬噸甲醇精餾工藝特點 ...........................................33第 節(jié) 魯奇年產 168 萬噸甲醇精餾塔設計 ...............................................34 加壓精餾塔 ...................................................................................35第 6 章 年產 168 萬噸甲醇衡算 ............................................................37第 節(jié) 甲醇物料衡算 ...........................................................................37第 節(jié) 年產 168 萬噸甲醇熱量衡算 ........................................................43北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）II第 7 章 甲醇精餾設備選型計算 ...............................52 常壓精餾塔計算 .............................................................................52 初估塔徑 ......................................................................................54 理論板數(shù)的計算 .............................................................................56 塔內件設計 ...................................................................................59 常壓塔主要尺寸確定 ......................................................................62第 8 章 年產 168 萬噸/年甲醇裝置的技術改造 .....................................65第 節(jié) 甲醇合成系統(tǒng)的技術改造原因 .....................................................65第 節(jié) 甲醇精餾系統(tǒng)的技術改造 ...........................................................68結 論 ...........................................................................................72參考文獻 ..................................................................錯誤！未定義書簽。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）1前 言甲醇作為基礎原料產品近年來全球消費穩(wěn)定增長，我國甲醇工業(yè)目前還在一定程度上面臨著進口產品的沖擊，原因是國內大部分裝置規(guī)模小、技術落后、能耗高，造成生產成本高，無法與國外以天然氣為原料的大型或超大型甲醇裝置抗衡，主要問題在于裝置的大型化。目前我國建成或在建的大型甲醇項目估計有 40 多家，這些項目將對我國甲醇市場供求關系產生明顯的影響，但整體來說，以上項目單系列甲醇裝置生產能力還無法與國外大型的甲醇裝置相比美，無論從工藝技術還是從能耗上來說還與國際大型的甲醇裝置存在著一定的差距。這些裝置在技術上、能耗及綜合經濟效益方面都具有較大的優(yōu)越性，國際競爭力極強。 2022 年大唐國際在錫盟地區(qū)開始建設年產 160 萬噸的超大型單系列甲醇生產裝置，其最終產品為年產 46 萬噸丙烯烴，同時副產汽油等產品；其他有神華 07 年在內蒙包頭地區(qū)開始計劃興建總年產180 萬噸的甲醇裝置，中國華能在滿州里計劃興建總年產 150 萬噸的甲醇項目。具了解，兩段法串聯(lián)的甲醇合成工藝在我國的一些中小裝置中曾經有過一些初步的嘗試，例如有的企業(yè)在主甲醇反應器的前面增加一個小的起輔助增溫作用的小甲醇反應器，經過初步反應的氣體再進入主反應器中進一步發(fā)生合成甲醇的反應，這些改進就是兩段法串級合成工藝的最初雛形。在以下內容里我們就對兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝的原理、技術特點、設備性能等方面進行基本的分析和論述。主要反應式如下：CO+2H2←→CH 3OH(g)CO2+3H2←→CH 3OH(g)+H2O(g) 反應氣中含有 CO2時，還發(fā)生以下反應： CO2+3H2←→CH 3OH(g)+H2O(g)同時，CO 2和 H2發(fā)生 CO 的逆變換反應： CO2+H2 ←→ CO+ H 2O(g)+ kJ/mol反應過程除了生成甲醇外，還伴隨一些副反應的